“人工智能+”背景下嵌入式系統課群的教學改革研究

蔡藝軍 陳鋮穎

摘 要 隨著深度學習技術在機器視覺、語音識別、機器翻譯等領域取得的一系列進展，“人工智能+”時代也宣布到來。在“人工智能+”的時代背景下，嵌入式系統設計教學中的課程體系也需要與時俱進，融合人工智能相關技術和應用場景。本文對微電子專業中的嵌入式課群教學改革問題進行了深入的探索，從課程體系結構的更新、項目制的引入等方面提出了改革措施，為微電子科學與工程、電子信息工程等專業的嵌入式課群開展提供了參考價值。

關鍵詞 人工智能 嵌入式課群 微電子專業 項目制

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

0引言

“人工智能+”背景下的教育教學改革面臨著重大的機遇和挑戰。嵌入式系統課程群是微電子專業中不可或缺的一部分，在創新創業環境下，嵌入式系統課程群更強調學生的創新能力培養。通過項目驅動式的教學方式變革，使嵌入式系統課程群的教學內容更適合創新型人才的培養目標。而在“人工智能+”的新工科背景下，如何將人工智能技術和應用場景與嵌入式教學中的課群結構、實踐項目有機的結合，是當前嵌入式教育教學研究中的熱點問題。

1“人工智能+”背景下嵌入式系統課群的現狀

嵌入式系統課群中含有硬件類和軟件類的課程，需要學生具備軟硬件協同設計的能力。在人工智能快速發展的背景下，以深度學習算法為代表的軟件算法在嵌入式移動產品中的應用比重越來越多，這就對學生的軟件設計能力要求更為迫切。然而，目前嵌入式系統課群中的課程實驗內容針對軟件編程的訓練偏少，使得大部分學生對軟件編程缺乏足夠的認識。

由于微電子專業的師資普遍不具備計算機方向的專業背景，因此目前開設的大部分嵌入式課程內容還缺少足夠的人工智能實際項目訓練。加上實驗室由于經費的限制，部分實驗設備過于老化和陳舊，以及人工智能算法的發展較為快速，目前嵌入式課程中所采用的實驗項目普遍較為過時，與企業中的實際項目相去甚遠，無法培養出適應當前企業需求的“人工智能+”嵌入式人才。

因此，為了適應“人工智能+”背景下的人才培養模式，嵌入式系統課群有必要進行課程環節及工程項目方面的改革。

2“人工智能+” 嵌入式系統課群的改革措施

針對當前微電子專業中嵌入式系統課群存在的上述問題，從課程教學環節和教學內容方面，我們提出如下幾點改革措施：

2.1課程環節設計

嵌入式系統中的分類和層次較多，課程環節設計需要將不同課程的特點和人工智能相關技術有機結合，將各環節無縫銜接，使不同課程圍繞著嵌入式系統知識為核心進行開展。

2.1.1理論知識講授

針對嵌入式課群的特點，采用學生討論為主，教師講授為輔的授課模式。并結合雨課堂等多媒體工具，對嵌入式系統中的相關原理進行授課。配合適當的工程案例分析，讓學生對實際工程項目有個初步的認識，為后續實驗環節做準備。

2.1.2課后作業訓練

在課后，教師安排適當的作業，包含理論分析、編程訓練、專題討論等環節，在微信群上引導學生對嵌入式知識架構進行梳理和消化。該環節主要培養學生在“人工智能+”背景下的自主學習能力。

2.1.3實驗實踐

在嵌入式課群中，實驗實踐環節是最重要的教學環節。針對嵌入式課群中的不同課程，調整相應的實驗課時占比。遵循學以致用的原則，以目標為導向，設立綜合型實驗，對完成綜合型實驗所需掌握的功能模塊進行詳細講解。傳統教學模式往往先從功能模塊講起，這就存在著學生學習功能模塊時不知道該模塊有什么用的弊端。采用自頂向下的實驗設置模式，有別于傳統教學中的實驗設置方式。該環節對于培養學生動手能力，掌握真正的嵌入式開發技術，具有至關重要的意義。

2.2教學內容設計

在教學內容設計方面，采樣項目引導制（Project-Based Learning， PBL）方法，設立基于人工智能算法的嵌入式綜合性實驗。例如基于STM32處理器的人臉識別軟硬件系統設計，就需要學生對人臉識別技術中用到的最新算法進行學習，對STM32處理器的工作原理進行學習，對人臉識別系統中的攝像頭及其他傳感器的硬件工作原理進行學習等等。教師針對項目要求的功能指標做前期的講解說明，并設計相應的基礎實驗，讓2-3名學生組成項目團隊，合理分工，制定項目工作計劃，并監督學生開展項目實施。

教學中的實驗項目內容，均從廈門本地嵌入式相關企業中獲得。面向企業需求，凝練出適合學生完成的項目任務。教師針對項目的難易程度、涉及知識面、訓練的能力范圍等多維度進行評估，對項目進行適當的裁剪或增加額外的任務。最終設立客觀公正的評價體系，對學生的學習情況進行評價。

3結語

本文以培養微電子專業學生在嵌入式系統設計方面的能力為目標，對嵌入式系統課群在“人工智能+”背景下的現狀進行了分析，并針對當前嵌入式系統課群存在的一些問題，提出了相應的改革措施。主要從課程環節和教學內容上著手，結合人工智能技術，以PBL項目引導制為方法，進行教學方式改革，以適應人工智能快速發展的需求，培養出具有創新型嵌入式設計能力的優秀人才。

基金項目：2019年廈門理工學院校級教育教學改革研究項目（JG2019013）。

參考文獻

[1] 孫子建，田海青.人工智能視域下新時代教學改革的“變”與“守”[J].計算機時代，2019（09）.

[2] 陳鋮穎.微電子專業中模擬領域課程群的CDIO教學建設[J].教育教學論壇，2019（19）.